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BALANCE DE ENERGIA

CONCEPTOS BÁSICOS:

Sistema: Cualquier masa de material o parte de equipo especificados arbitrariamente. Un sistema se define circundándolo con una frontera. Un sistema cerrado por el cual no hay transferencia de masa se denomina sistema cerrado o sistema sin flujo, en contraposición a un sistema abierto o sistema con flujo, en el cuál se permite el intercambio de masa. Toda masa o equipos externos al sistema definido se designan como entorno. Al resolver un problema se debe definir claramente el sistema y su entorno.

Propiedad: es una característica de un materia la cuál se puede medir, como volumen, presión, temperatura etc.., o que se puede calcular

Propiedad extensiva(variable, parámetro): es aquella cuyo valor depende de la cantidad de material y es aditiva, por ejemplo el volumen y la masa son propiedades extensivas.

Propiedad intensiva(variable, parámetro): es aquella cuyo valor no es aditivo y no varía con la cantidad de material, ejemplo temperatura, presión, densidad.

Estado: es el conjunto de propiedades de los materiales en un momento dado. El estado de un sistema no depende de la forma o la configuración del sistema sino sólo de sus propiedades intensivas como la temperatura, la presión y la composición.

Dos propiedades son independientes una de la otra, si existe por lo menos una variable de estado del sistema en la que una propiedad varíe y la otra se mantenga fija

Proceso Adiabático: proceso en que no hay intercambio de calor, el sistema está aislado. También puede considerarse como adiabático el proceso, si Q(calor transferido) es muy pequeño o cuando el proceso ocurre con tal rapidez que no hay tiempo de transferir calor

Capacidad calorífica: se definen las capacidades caloríficas a volumen constante(Cv) y a presión constante(Cp) y respectivamente. También se utiliza el término calor específico para indicar la capacidad calorífica expresada con base a la unidad de masa

Para rangos no demasiado amplios de temperatura se puede considerar a las capacidades caloríficas como independientes de la temperatura. Para líquidos y sólidos Cv y Cp se pueden considerar prácticamente iguales. Para los gases ideales Cp = Cv +R

Con objeto de dar un significado físico a la capacidad calorífica, se puede pensar que representa la cantidad de energía necesaria para elevar en un grado la temperatura de la unidad de masa de una sustancia.

Si consideramos la dependencia de la capacidad calorífica a presión constante Cp, con la temperatura y teniendo en cuenta que casi todas las ecuaciones para Cp de sólidos y líquidos son empíricas, se expresa mediante una serie de potencias, con constantes a, b b, c, etc. por ejemplo:

Cp = a + bT + cT2 + dT3

TIPOS DE ENERGÍA: SEIS TIPOS DE ENERGÍA

Trabajo(W): es una forma de energía que representa una transferencia entre el sistema y el entorno. El trabajo no puede almacenarse. Es positivo si se efectúa sobre el sistema, el trabajo hecho por el sistema es negativo.

Calor: se define como la parte del flujo total energía que cruza a través de la frontera de un sistema debido a una diferencia de temperatura entre el sistema y el entorno. Se conoce en ingeniería también como flujo calórico

El calor es positivo cuando es transferido al sistema, este puede ser transferido por conducción, convección y radiación.

Para evaluar cuantitativamente la transferencia de calor , se puede utilizar una fórmula empírica:

(1)

velocidad de transferencia de calor

A = área de transferencia

U = coeficiente de transferencia de calor(dato empírico)

T = diferencia efectiva de temperatura entre el sistema y el entorno

Energía cinética(Ec): es la energía que tiene el sistema asociada a su velocidad relativa al entorno en reposo

Ec = ½ mv2 (2)

Energía potencial(P): es la energía que posee el sistema debido a la fuerza ejercida sobre su masa por un campo gravitacional o electromagnético con respecto a un plano de referencia

Energía potencial debida a un campo gravitacional: P = mgh

h = distancia al plano de referencia, medida a partir del centro de masa del sistema

m = masa del sistema

g = aceleración de gravedad

Energía interna: la energía interna(U), es la medida macroscópica de la energías molecular, atómica, y subatómica, lo cual sigue reglas microscópicas definidas para los sistemas dinámicos. La energía interna se mide indirectamente a través de la medición de otras variables, tales como presión, volumen, temperatura y composición. La energía interna se calcula como en relativa a un estado de referencia, pero no en forma absoluta

Entalpía: la entalpía se expresa como H = U + PV (3), donde E es la energía interna, P es la presión y V el volumen. .

Al igual que en el caso de la energía interna, la entalpía no tiene un valor absoluto, sólo se miden los cambios de entalpía. Para determinar la entalpía se considera un estado de referencia :

Estado inicial del sistema Estado final del sistema

Entalpía = H1 - Href H2 - Href

Cambio neto de entalpía del sistema al pasar del estado inicial al estado final:

(H2 - Href ) – (H1 - Href ) = H2 – H1 = H (4)

Se tiene que del primer principio de la termodinámica : U = Q – W (5)

Siendo Q el calor absorbido y

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